Metalurgia del coltán

Rubén Herrero »

Uno de los minerales metálicos más importantes para el desarrollo de sectores tecnológicos tales como la microelectrónica, la industria aeroespacial o las telecomunicaciones, es el denominado coltán, cuya fórmula es (Fe,Mn)(Nb,Ta)₂O_6. La denominación corresponde a la contracción del nombre de dos minerales: la columbita (COL), óxido de niobio con hierro y manganeso (Fe,Mn)Nb₂O₆, y la tantalita (TAN), óxido de tántalo con hierro y manganeso (Fe,Mn)Ta₂O₆. El coltán es una solución sólida entre ambos minerales, por lo que los dos minerales constituyentes se combinan en proporciones no definidas.

El interés económico del coltán reside en la obtención del tántalo, cuyo porcentaje de tantalita oscila entre un 20 y un 60 % del mineral y dentro de la tantalita puede haber entre un 10 y un 60 % de óxido de tántalo. El tántalo se emplea masivamente en la fabricación de condensadores electrolíticos y es un componente crucial en la fabricación de teléfonos móviles, dispositivos GPS, tablets, ordenadores portátiles, videoconsolas, televisores de plasma, satélites, etc…

Los mayores depósitos minerales de coltán de todo el planeta se encuentran en África Central, donde la pobreza, la miseria y las guerras campan a sus anchas, y dado que la demanda de coltán no ha hecho sino crecer, eso ha provocado que exista un mercado ilegal de este mineral, con el que los “Señores de la Guerra” africanos controlan minas traficando y financiando así sus luchas armadas contra los gobiernos de sus países. Por ello, el coltán también es conocido como un “mineral de sangre”, ya que además de financiar guerras, es extraído en muchas ocasiones por obreros cuyas condiciones de trabajo son cercanas a la esclavitud, y al sometimiento de la violencia.

Obtención del tántalo

Ahora bien, ¿cómo se obtiene el tántalo metálico puro a partir del coltán?

El proceso comienza con la extracción del coltán en la explotación minera (ya sea subterránea, o a cielo abierto). Una vez extraído el mineral se le somete a operaciones de trituración, molienda y clasificación, con el fin de separar la mena (parte del mineral que nos interesa procesar) de la ganga (parte del mineral que no tiene interés económico). Una vez que tenemos la mena triturada, molida y clasificada, se la somete aun tratamiento químico con distintos ácidos (lixiviación), generalmente ácido sulfúrico (H₂SO₄ ) y ácido fluorhídrico (HF), con el fin de liberar el óxido de tántalo y de niobio presente en el coltán.

Esos dos óxidos reaccionan con el ácido fluorhídrico así:

Ta₂O₅ + 14 HF → 2 H₂[TaF₇] + 5 H₂O
Nb₂O₅ + 12 HF → 2 H[NbF₆] + 5 H₂O

Ambas reacciones dan como resultado la formación de heptafluorotantalato y heptafluoroniobato (heptafluorometalatos) en disolución acuosa. El siguiente proceso, es realizar una extracción líquido-líquido con disolventes orgánicos (como la ciclohexanona, el octanol o la metilisobutilcetona), para separar los dos compuestos fluorados de tántalo y niobio de las impurezas (Mn, Ti, Zr, etc…) que pueda haber en la disolución inicial, ya que estas quedan retenidas en la fase acuosa formando otros iones complejos con el flúor.

Un vez hecho esto, tenemos una disolución de los dos heptafluorometalatos de Nb y Ta en disolventes orgánicos. Ahora, es necesario separar el tántalo del niobio, y para ello se realiza una nueva reacción, esta vez con ácido sulfúrico (cuya concentración varía de 6 a 15 N). Esta reacción se lleva a cabo para que el H[NbF₆], al encontrarse en un medio ácido, reaccione formando otro compuesto más estable, el H₂[NbOF₅]. Al extraer con agua, el H₂[NbOF₅ ] que es soluble en agua, queda retenido en la fase acuosa, y de esa manera, eliminamos toda traza de niobio.

A la disolución en fase orgánica que contiene el heptafluortantalato H₂[TaF₇] se la hace reaccionar con fluoruro de potasio KF y así obtenemos:

H₂[TaF₇] + 2 KF → K₂[TaF₇] + 2 HF

El heptafluortantalato de potasio es una sal que cristaliza rápidamente formando un precipitado sólido que se puede manejar con facilidad. Una vez obtenido este compuesto, se lleva a un reactor. Este reactor suele tener 1 m de diámetro y está cubierto con una tapa provista con un agitador. El reactor con su carga K₂[TaF₇] junto con alguna sal fundente (como puede ser KF) se introduce en un horno eléctrico y se calienta a una temperatura suficiente para conseguir la fusión de las sales (generalmente, por debajo de 1000 ºC), y, a continuación, se inyecta sodio metálico fundido en la retorta.

En el reactor se da la siguiente reacción:

K₂[TaF₇] + 5 Na → Ta + 5 NaF + 2 KF

La masa de reacción se enfría y se extrae de la retorta, se tritura y se lixivia, primero con un ácido mineral diluido y después con agua, para separar el polvo de tántalo de otras sales. Tras someterlo a un proceso de secado y clasificación, este polvo metálico de Ta ya está preparado para procesarlo y convertirlo en láminas, pelets, varillas, alambres o polvo de calidad para los condensadores.

DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO EXTRACTIVO

Fuentes

• John L. Bray: “Metalurgia Extractiva de los metales no férreos”. Ediciones Interciencia. 1962.
• E. Gutiérrez Ríos: “Química Inorgánica”. Ediciones Reverté. 2ª Edición. 2003
• https://culturacientifica.com/2015/02/12/un-viaje-al-pasado-lomos-del-coltan
• http://ucc.um.es/uploaded/files/actividad/TANTALO.pdf
• https://sites.google.com/site/negativeeffectsofcoltan/home/how-is-coltan-mined